JP2019069779A - 船搭載海洋熱エネルギー変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】船搭載海洋熱エネルギー変換システムの提供。【解決手段】１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットと、１つ以上のタービン発電機と、水取り入れおよび排出システムと、係留システムとを有する浮遊式可搬性プラットフォームと、冷水パイプと連通している１つ以上の冷水取り入れ接続と、中間冷水導管を介して浮遊式プラットフォームの水取り入れシステムと連通している１つ以上の冷水排出接続とを有する固定マニホールドとを備え、各冷水排出接続は、中間冷水パイプから切り離し可能である、海上発電システム。【選択図】図８

Description

本発明は、海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）プラントに関し、より具体的には、浮遊式ＯＴＥＣプラントに関する。

海洋熱エネルギー変換（「ＯＴＥＣ」）は、海洋の熱帯地方で熱として貯蔵された太陽エネルギーを使用して、再生可能エネルギーを産生する方式である。世界中の熱帯海洋および海は、独自の再生可能エネルギー資源を提供する。多くの熱帯地域（およそ南緯２０°から北緯２０°の間）では、水面海水の温度は、ほぼ一定のままである。約１００フィートの深さまで、海水の平均表面温度は、７５°Ｆ〜８５°Ｆまたはそれを上回って季節的に変化する。同じ地方では、深海水（２５００フィート〜４２００フィートまたはそれを上回る）は、ほぼ一定の４０°Ｆのままである。したがって、熱帯海洋構造は、３５°Ｆ〜４５°Ｆの温水貯留と冷水貯留との間の温度差を伴って、表面で大量の温水貯留を提供し、深部で大量の冷水貯留を提供する。この温度差は、わずかな季節的変化を伴い昼夜を通してほぼ一定のままである。

ＯＴＥＣプロセスは、熱エンジンを駆動して電気エネルギーを産生するために、水面熱帯水と深海熱帯水との間の温度差を使用する。ＯＴＥＣ発電は、産生されるエネルギーのために低〜ゼロ二酸化炭素排出量を有する可能な再生可能エネルギー源として、１９７０年代後半に識別された。しかしながら、ＯＴＥＣ電力プラントは、より従来的な高圧高温発電プラントと比較して、低い熱力学的効率を有する。例えば、８０°Ｆ〜８５°Ｆの平均海面温度、および４０°Ｆの一定深海温度を使用して、ＯＴＥＣ電力プラントの最大理想カルノー効率は、７．５〜８％であろう。実際の運用では、ＯＴＥＣ電力システムの総電力効率は、カルノー限度の約半分、または約３．５〜４．０％であると推定されている。加えて、１９７０年代および１９８０年代の主要な研究者らによって行われ、“Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｃｅａｎ，ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＯＴＥＣ^ＴＭ Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｈｉｈ Ｗｕ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９４（参照することにより本明細書に組み込まれる）で文書化された分析は、水および作業流体ポンプを作動させるため、ならびに電力をプラントの他の補助的必要品に供給するために、４０°ＦのΔＴで動作するＯＴＥＣプラントによって生成された総電力の４分の１〜２分の１（またはそれを上回る）が必要とされることを示す。これに基づいて、海面水に貯蔵された熱エネルギーを正味電気エネルギーに変換するＯＴＥＣ電力プラントの低い全体的な正味効率は、商業的に実現可能なエネルギー産生オプションではなかった。

ＯＴＥＣプラントに関連付けられる環境的懸念もまた、ＯＴＥＣ運用への障害となっている。従来のＯＴＥＣシステムは、海洋深部から大量の栄養豊富な冷水を引き込み、この水を表面または表面付近で排出する。そのような排出は、良くも悪くも、ＯＴＥＣプラント付近の海洋環境に影響を及ぼし、ＯＴＥＣ排出から下流にあり得る、魚資源および珊瑚礁系に影響を及ぼし得る。

船搭載ＯＴＥＣプラントは、基地に最適に係留され、１日２４時間、１年３６５日、電気を送電網に提供する。プラットフォームは、機械および操作人員を支援かつ保護するが、激しい海の嵐の中で存続できなければならない。小規模市場に貢献するであろう２〜１０メガワット浮遊式産生プラントの場合、航洋バージが最良のプラットフォームである。その比較的大きいサイズは、ＯＴＥＣ運用のための比較的安定した存続可能なプラットフォームを提供しながら、妥当な資本費用で巨大な多重構成要素ＯＴＥＣ機械を支援する。人員は、縮小型スパーでは不可能であろう、点検および修理のためのアクセスを有する。

本発明の例示的実装では、海上発電システムは、１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットと、１つ以上のタービン発電機と、水取り入れおよび排出システムと、係留システムとを有する、浮遊式可搬性プラットフォームを備えている。海上発電システムはまた、冷水パイプと連通している、１つ以上の冷水取り入れおよび／もしくは戻し接続と、中間冷水導管を介して浮遊式プラットフォームの取水および／もしくは戻しシステムと連通している、１つ以上の冷水排出接続とを含む、固定マニホールドも備え、各中間冷水排出パイプ接続は、マニホールドから切り離し可能であり、冷水取り入れ口から冷水排出深度まで走る、排出パイプの各排出パイプ接続は、マニホールドから切り離し可能である。固定マニホールドはまた、温水パイプと連通している、１つ以上の温水戻し接続を含む、温水戻しシステムと、中間温水導管を介して浮遊式プラットフォームの水戻しシステムと連通している、１つ以上の温水排出接続であって、各温水排出接続は、中間温水パイプから切り離し可能である、温水排出接続と、マニホールドから、マニホールドから切り離し可能である排出深度における開放端まで走る、温水排出パイプとを含み得る。ある場合には、マニホールド自体は、各タイプの流動、すなわち、冷水取り入れ、冷水戻し、および温水戻しのための水密境界に区画化される。ある場合には、マニホールドから戻し深度まで走る冷水戻しおよび温水戻しパイプは、平行に走り、一緒に結合され、流動の混合を提供するように同一の深度において排出する。

本発明の他の例示的実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含み得る。いくつかのシステムは、多段カスケード式ハイブリッドＯＴＥＣ熱交換システムを備えている、１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットを有する。いくつかのシステムでは、各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、ＯＴＥＣ熱交換ユニットにわたって冷水および熱水の実質的に線形の流れを可能にするように、水取り入れおよび排出システムに接続される。いくつかのシステムでは、各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、冷水供給の流路の中に位置付けられている複数の熱交換板を備えている。いくつかのシステムでは、各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、温水供給の流路の中に位置付けられている複数の熱交換板を備えている。いくつかのシステムでは、ＯＴＥＣ作業流体は、１つ以上の熱交換板の内部通路を通って流動し、各熱交換板は、冷水または温水供給の流路によって包囲され、かつその中にある。いくつかのシステムでは、各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、４つのカスケード式熱交換ゾーンを備えている。いくつかのシステムでは、各カスケード式熱交換ゾーンは、冷水または温水供給の水平流を促進するように配列される。いくつかのシステムでは、水取り入れおよび排出システムは、温水供給ポンプと、冷水供給ポンプとを備えている。いくつかのシステムでは、水取り入れおよび排出システムは、温水排出ポンプまたは冷水排出ポンプを含む。

ある場合には、取り入れ開放口から戻し開放口までシステムを通して水を流動させるために必要とされる全てのポンプ能力が取り入れポンプによって果たされるため、取り入れポンプのみがある。温および冷海水システムのための２つ以上の一次海水ポンプがあり得る。例えば、各蒸発器チャンバのための少なくとも１つのおそらくより専門的な温水海水ポンプと、各復水器チャンバのための少なくとも１つのおそらくより専門的な冷水一次海水ポンプとがあり得る。複数のポンプは、例えば、ポンプが保守を必要とするが、その時点に熱交換器の保守が必要とされない場合、水が最小限の総電力出力低減を伴って熱交換器チャンバを通して流動させられることができるように、冗長性を提供する。ポンプ取り入れ口が海水面またはその下方にあるため、設計がヘッド圧要件を低減させ、したがって、本作業を達成するために十分に大型のポンプを駆動するために、より低い寄生負荷を伴うより小型のモータが使用されることができる。

いくつかのシステムでは、１つ以上の排出パイプは、水取り入れおよび排出システムの排出口と連通している。いくつかのシステムでは、中間冷水パイプは、水取り入れおよび排出システムから切り離し可能である。いくつかのシステムでは、中間温水パイプは、排水システムから切り離し可能である。いくつかのシステムでは、排出パイプは、水取り入れおよび排出システムから切り離し可能である。いくつかのシステムでは、温水排出パイプの末端は、２５〜５００フィート（例えば、２５０〜６００フィート）において開放している。いくつかのシステムでは、冷水排出パイプの末端は、２５〜６００フィート（例えば、２５０〜６００フィート）の深度において開放している。いくつかのシステムでは、温水および冷水排出パイプの末端は、周囲水の華氏１０度以内の温度を有する深度において水を排出する。いくつかのシステムはまた、水取り入れおよび排出システムならびに固定マニホールドと連通している、冷水排出パイプと、水取り入れおよび排出システムならびに固定マニホールドと連通している、温水排出パイプとを備え、温水排出と冷水排出とは、固定マニホールドの中で混合させられ、周囲水の華氏１０度以内の温度でマニホールドから排出される。

流動および圧力が同一ではない、ある場合には、これは、他方のシステムの流動に干渉し、おそらく、システムが意図されたように動作することを妨げ得る、一方のシステムからの水頭差を生成し得る。ある場合には、固定マニホールドは、温水および冷水排出用の別個のチャンバを有する。流動は、同一の深度において排出し、流動が交差し、単一のチャンバの内側の代わりに外洋内で混合するように噴射される。各システムが独立して動作することを可能にすることによって、各システムは、必要とされる電力を低減させるように最適にサイズ決定されることができる。

いくつかのシステムは、温水排出および冷水排出と連通している混合ノズルを備えている。いくつかのシステムでは、冷水パイプは、冷水パイプ接続を介して水取り入れおよび／または排出システムに直接連結される。いくつかのシステムは、熱交換器から流出して補助固定マニホールドまで流動し、補助システムに供給する補助冷水供給を備えている。いくつかのシステムでは、補助システムは、沿岸ベースの空調システムまたは脱塩システム、もしくは両方のシステムの組み合わせである。

本発明のさらに別の例示的実装では、沿岸海上ゾーン内の発電の方法は、可搬性浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションを提供するステップであって、浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションは、１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットと、１つ以上のタービン発電機と、水取り入れおよび排出システムと、係留システムとを備えている、ステップと、３０〜４５０フィートの深度において水取り入れマニホールドを海底に固定するステップと、冷水パイプを固定水取り入れマニホールドに接続するステップと、固定水取り入れマニホールドと浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションの水取り入れおよび排出システムとの間に中間冷水パイプを接続するステップとを含む。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
海上発電システムであって、前記システムは、
（ａ）浮遊式可搬性プラットフォームであって、前記浮遊式可搬性プラットフォームは、
（１）１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットと、
（２）１つ以上のタービン発電機と、
（３）水取り入れおよび排出システムと、
（４）係留システムと
を備えている、浮遊式可搬性プラットフォームと、
（ｂ）固定マニホールドであって、前記固定マニホールドは、
（１）冷水パイプと連通している１つ以上の冷水取り入れ接続と、
（２）中間冷水導管を介して前記浮遊式プラットフォームの前記水取り入れシステムと連通している１つ以上の冷水排出接続であって、各冷水排出接続は、前記中間冷水パイプから切り離し可能である、冷水排出接続と、
（３）中間温水導管を介して前記浮遊式プラットフォームの前記水取り入れシステムと連通している１つ以上の温水排出接続であって、各温水排出接続は、前記中間温水パイプから切り離し可能である、温水排出接続と
を備えている、固定マニホールドと
を備えている、システム。
（項目２）
前記１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットは、多段カスケード式ハイブリッドＯＴＥＣ熱交換システムを備えている、項目１に記載のシステム。
（項目３）
各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、前記水取り入れおよび排出システムに接続され、前記ＯＴＥＣ熱交換ユニットにわたって冷水および熱水の実質的に線形の流れを可能にする、項目１に記載のシステム。
（項目４）
各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、冷水供給の流路の中に位置付けられている複数の熱交換板を備えている、項目３に記載のシステム。
（項目５）
各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、温水供給の流路の中に位置付けられている複数の熱交換板を備えている、項目３に記載のシステム。
（項目６）
ＯＴＥＣ作業流体が、１つ以上の熱交換板の内部通路を通って流動し、各熱交換板は、前記冷水または温水供給の流路によって包囲され、かつ前記冷水または温水供給の流路の中にある、項目３に記載のシステム。
（項目７）
各ＯＴＥＣ熱交換ユニットは、４つのカスケード式熱交換ゾーンを備えている、項目１に記載のシステム。
（項目８）
各カスケード式熱交換ゾーンは、前記冷水または温水供給の水平流を促進するように配列されている、項目７に記載のシステム。
（項目９）
前記水取り入れおよび排出システムは、温水供給ポンプと、冷水供給ポンプとを備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記水取り入れおよび排出システムは、温水排出ポンプまたは冷水排出ポンプを含む、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
１つ以上の排出パイプが、前記水取り入れおよび排出システムの排出と連通している、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記中間冷水パイプは、前記水取り入れおよび排出システムから切り離し可能である、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記排出パイプは、前記水取り入れおよび排出システムから切り離し可能である、項目１１に記載のシステム。
（項目１４）
前記温水排出パイプの末端は、２５〜５００フィート（例えば、２５０〜５００フィート）の深度にある、項目１１に記載のシステム。
（項目１５）
前記冷水排出パイプの末端は、２５〜５００フィート（例えば、２５０〜５００フィート）の深度にある、項目１１に記載のシステム。
（項目１６）
前記温水および冷水排出パイプの末端は、周囲水の華氏１０度以内の温度を有する深度において水を排出する、項目１１に記載のシステム。
（項目１７）
（ａ）前記水取り入れおよび排出システムならびに前記固定マニホールドと連通している冷水排出パイプと、
（ｂ）前記水取り入れおよび排出システムならびに前記固定マニホールドと連通している温水排出パイプと
をさらに備え、温水排出と冷水排出とは、前記固定マニホールドの中で混合させられ、周囲水の華氏１０度以内の温度で前記マニホールドから排出される、項目１１に記載のシステム。
（項目１８）
前記温水排出および冷水排出と連通している混合ノズルをさらに備えている、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記冷水パイプは、冷水パイプ接続を介して前記水取り入れおよび排出システムに直接連結されている、項目１に記載のシステム。
（項目２０）
前記固定マニホールドから出て行き、補助システムに供給する補助冷水供給をさらに備えている、項目１に記載のシステム。
（項目２１）
前記補助システムは、沿岸ベースの空調システムである、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
沿岸海上ゾーン内の発電の方法であって、前記方法は、
（ａ）可搬性浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションを提供することであって、前記浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションは、
（１）１つ以上のＯＴＥＣ熱交換ユニットと、
（２）１つ以上のタービン発電機と、
（３）水取り入れおよび排出システムと、
（４）係留システムと
を備えている、ことと、
（ｂ）３０〜４５０フィートの深度において水取り入れマニホールドを海底に固定することと、
（ｃ）冷水パイプを前記固定水取り入れマニホールドに接続することと、
（ｄ）前記固定水取り入れマニホールドと前記浮遊式ＯＴＥＣ発電ステーションの前記水取り入れおよび排出システムとの間に中間冷水パイプを接続することと
を含む、方法。
（項目２３）
（ａ）前記水取り入れおよび排出システムと前記固定水取り入れマニホールドとの間に冷水排出パイプを接続することと、
（ｂ）前記固定水取り入れマニホールドから冷水を排出することと
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
（ａ）前記水取り入れおよび排出システムと前記固定水取り入れマニホールドとの間に温水排出パイプを接続することと、
（ｂ）前記固定水取り入れマニホールドから温水を排出することと
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
温水排出と冷水排出とは、前記固定水取り入れマニホールドにおいて混合させられる、項目２２に記載の方法。

本発明の種々の実装は、以下の利点のうちの１つ以上のものを提示する。

本願のために必要とされるサイズの船、例えば、バージは、殆どの沿岸国で容易に構築され、本技術の商業化を世界的に可能にする。

バージは、１つの場所で容易に建造され、運用敷地まで曳航されることができ、それによって、遠隔の島においてさえも本技術の広い使用が促進される。

バージ搭載ＯＴＥＣプラントは、任意の電力バージと同様に、電気を主要送電網から隔離された遠隔地域に提供し、地方の電化および開発を可能にすることができる。

バージは、狭くて浅い大陸棚およびかなり深くまで降下する非常に急な断崖を伴う、島および島付近の地形を利用する。深水中の係留は、必要とされるエネルギーの量と比較して困難かつ高価である。陸からの運用は、４本の温水および冷水取り入れならびに戻しパイプのために岩礁を通して４０フィート〜６０フィートの非常に広範囲を切断することを伴う。断崖に近い浅い大陸棚において係留することによって、バージ搭載ＯＴＥＣプラントは、
ａ） 冷海水および温海水を抽出して戻すために、比較的短い長さの市販のＨＤＰＥパイプを使用することができ、
ｂ） 低減した風および波の影響のために陸の陰にとどまることができ、
ｃ） 岩礁への最小限の影響を伴って、地球の裏側からの特殊ケーブル敷設船の代わりにサービスバージから展開されて畳み込まれる、海岸までより短い距離の電力ケーブルを使用することができ、
ｄ） 潜水作業員が日常的に作業する深度において、より浅い水中で係留することができ、
ｅ） 何千マイルも離れた特殊係留船の代わりにサービスバージから設置された市販の固定システム（カスタマイズされていない）を使用して係留することができ、
ｆ） 発電設備用の安定したプラットフォームを提供することができ、
ｇ） 敷地開発中に、構築および設置を通して、および運用中に、地域経済のための仕事を提供することができ、
ｈ） 世界中の多くの造船所で建造されることができ（メガリフト容量クレーンサービスを用いた大型乾ドックまたは構築貯水槽を必要としない）、
ｉ） 必要であれば、系統および技術データ、立証された支持インフラストラクチャ、および迅速な交換のための世界的倉庫保管を伴う市販の在庫品であり、一般的なトラックまたは航空機によって配送されることができるように、最低交換可能ユニットがサイズ決定される、システム、サブシステム、および構成要素を使用することができる。

バージは、非常に多数の島地域によって必要とされる２．５メガワット〜５．０メガワットの総電力出力のための効率的な海水および作業流体流のための優れたプラットフォームである。

中心にムーンプールを伴うバージ設計は、取り入れを遮蔽することによって漂流物を網掛けして除去するために船体を使用する。ムーンプールはまた、取水の隣接領域中の表面乱流を最小化し、空気を「飲み込む」危険性を最小化し、ムーンプールを包囲する船体の断熱性および温度は、嵐の間に雨および表面混合の熱効果を無効にすることに役立つ。

１００〜２００メガワットの平均最大需要を伴う多くの島地域では、（船の錨が海岸からより遠くに係留されたＯＴＥＣプラントの海底電力ケーブル上に落下した場合に起こり得るように）単一の２５ＭＷまたはそれより大きい（需要負荷の２５％またはそれを上回る）発電所がオフラインになった場合に、送電網妨害の非常に高いリスクがある。システム冗長性を提供し、伝送および分配安定性ならびに迅速な災害復旧を確実にすることに役立つように、いくつかの５ＭＷ ＯＴＥＣバージが、種々の地点で送電網に結んで島の周囲に分散させられることができる。

バージ搭載ＯＴＥＣプラントは、典型的には遠洋漁業が行われるよりも浅い水中で、航路の外の海岸の近くに（典型的には海岸から１マイル以内）位置するであろうが、地元の漁師が利益を得ることができるちょうど沖合の深度まで食物連鎖を増進する海水を戻す。

バージは、比較的浅い水中に係留される。これは、世界的企業の代わりに地元企業を含む、より多くの海洋測量士、建設会社、潜水作業員、曳航および供給バージサービスからサービスを求める機会を広げ、それによって、計画および構築段階の全体を通して地域経済のための仕事を生成し、ＯＴＥＣプロジェクトをより経済的に実行可能にする。

５ＭＷ ＯＴＥＣプラントは、より小さい直径の海底電力ケーブルにおいて海岸に伝送される、より低い電圧の電力を産生する。水平方向ドリル掘削孔は、直径がより小さく、より低い設置費用および環境への影響を有する。ケーブルは、より低費用であり、比較的浅い水中で海岸からそのような短い距離であるため、必要であれば、容易に回収されて修理されることができる。交換ケーブルが、特殊ケーブル敷設船を必要とすることなく、商業曳航およびバージサービス会社によって比較的短時間で、必要であれば、展開および設置されることができる。

バージ搭載ＯＴＥＣプラントのための係留システムは、スパーよりも規模が有意に小さい。係留アンカは、比較的浅い水中に設定され、Ｈｅａｌｙ−Ｔｉｂｂｉｔｔｓ等の商業曳航およびバージサービス会社によって行われることができ、かつ日常的に行なわれているプロセスである。特殊係留船は、必要とされない。

バージが海岸に非常に近いため、消耗品がボートによって発電所に輸送されることができる。ヘリコプターサービスの必要性は、なくなる。これにより、バージ上の特別なヘリコプター設計および認証の必要性も、なくなる。

８点係留を伴うバージは、ＯＴＥＣ機械用の極めて安定したプラットフォームを提供するため、最良値および経済的実行可能性を確実にしながら、世界中の多くの供給業者から容易に入手可能である商業グレードの電力設備が、迅速かつ競合的に規定および供給されることができる。

バージおよび固定マニホールドは、プラットフォームの過剰な運動が応力を加え、冷水パイプを時期尚早に故障させるという問題に対処する。表面における波の力の十分に下方で海底に設定および固定される、いくつかのより小さい直径であるがより可撓性である市販の標準サイズＨＤＰＥライザをプラットフォームから固定マニホールドまで使用し、次いで、大きい直径の市販のＨＤＰＥパイプをマニホールドから末端深度まで使用することによって、冷水取り入れならびに冷水および温水戻しパイプが、より存続可能である。各タイプの流動の複数のライザが、冗長性を提供する。ライザは、カテゴリ３またはそれより高いハリケーン等の激しい嵐に先立って、切り離されて海底に固定され、次いで、迅速な災害復旧のために運用が回復させられ、電力系統への電力が迅速に再通電させられることができるように、迅速に回収されて再び取り付けられることができる。性能特性を証明する入手可能な技術データとともに、標準サイズの市販のＨＤＰＥパイプを使用することによって、全体的なプロジェクトの危険性が軽減される一方で、費用が予測可能であり、抑制される。支持システムは、すでに定位置にある。

激しい嵐（例えば、カテゴリ３またはそれより高いハリケーン）の場合、バージは、海水パイプおよび係留索具から切り離され、安全な港まで曳航されることができる。衛星画像およびハリケーン追尾航空機によって補助される現代の気象予報は、通常、そのような予防措置を講じるために十分な時間である、数日の激しい熱帯暴風雨の警報を提供することができる。

バージは、操作および保守のための広い開放デッキ領域を提供する。設備が、容易に除去され、移動させられ、修理され、または交換されることができ、システムが、迅速かつ効率的に修復されることができる。この開放性はまた、スパー等の閉じ込められた窮屈な空間内の設置よりも低い費用で設備のより容易かつ迅速な設置を促進する。

５ＭＷ ＯＴＥＣプラントの電力ブロックおよび海洋システムを備えている、システム構成要素のサイズは、競合的価格設定および支持構造がすでに存在する、一般的な既製品の配管、弁、および継手が使用されることができ、それによって、製造、組立、運用、および費用の危険性を最小化するようなものである。

バージの主甲板は、直射日光および雨が設備筐体の表面に衝打することを防止し、それによって、保守要件を低減させ、それらの耐用年数を延長し、運用費用を削減するように、クォンセットハット構造に類似する曲線状カバーを使用して完全に封入されることができる。エンクロージャはまた、主要な漏出の場合にアンモニア蒸気の放出に対する障壁としての機能も果たす。アンモニアガスは、温度が上昇すると水溶液からより容易に放出されるため、甲板カバーが、蒸気を内側で保持するであろう一方で、甲板カバーの構造の裏面に取り付けられた水ミストシステムは、船体内のタンクの中へ排出されることができ、そこから無水アンモニアが安全に抽出されて再生利用される、水溶液中のアンモニアを捕捉する。曲線状甲板カバーはまた、航空機の翼の前縁に類似する、嵐の中の風に対する平滑スリップストリームを提供する。最後に、バージは、バージが海岸へのその近接性により最小限の視覚侵入を引き起こし得るように、その外見が周囲の海および空に円滑に溶け込むように塗装されることができる。

バージまたはより小型の船上の小型商業ＯＴＥＣシステムの２つの主要な課題は、プラットフォームへのＣＷＰ接続の長期性能、および激しい嵐の条件におけるサービスへの迅速な復帰を伴うプラットフォームの存続可能性である。開示された設計は、接続応力を低減させ、（１）マニホールドを挿入し、したがって、長さ３０００＋フィートのＣＷＰからマニホールドまで、次いで、プラットフォームまで２５フィート〜３００フィートのマニホールドから、「２段階」接続を提供することによって、（２）プラットフォームからマニホールドまで、より高い応力の浅い領域中で、より小型でより可撓性の配管と、深部取り入れおよび戻し口へのマニホールド用のより強くより剛かつ大型のパイプとを使用することによって、（３）激しいハリケーンの条件で、プラットフォームからマニホールドまでのパイプを切り離す能力を設計し、接続点におけるパイプ破損に悩まされるのではなく、嵐の後に迅速に再び取り付けられる能力により、制御されたプロセスで動作を停止させることによって、これらの決定的危険性を軽減する。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点が、説明および図面から、ならびに請求項から明白となるであろう。

図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、例示的ＯＴＥＣプラントの斜視および端面図である。 図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、例示的ＯＴＥＣプラントの斜視および端面図である。 図２は、図１Ａおよび１ＢのＯＴＥＣプラントの平面図である。 図３および４は、それぞれ、ムーンプールを含むバージ搭載ＯＴＥＣプラントの主甲板および下甲板の平面図である。 図３および４は、それぞれ、ムーンプールを含むバージ搭載ＯＴＥＣプラントの主甲板および下甲板の平面図である。 図５−７は、図３および４のバージ搭載ＯＴＥＣプラントの配管の一部の略図である。 図５−７は、図３および４のバージ搭載ＯＴＥＣプラントの配管の一部の略図である。 図５−７は、図３および４のバージ搭載ＯＴＥＣプラントの配管の一部の略図である。 図８および９は、陸上海水空調を提供するように構成されるＯＴＥＣプラントの概略図である。 図８および９は、陸上海水空調を提供するように構成されるＯＴＥＣプラントの概略図である。 図１０は、係留システムの一部の斜視図である。 図１１は、変化する海水面を伴う係留システムとの適応を図示する概略図である。 図１２は、バージ搭載ＯＴＥＣプラントのための係留システムおよび冷水パイプ構成の斜視図である。 図１３および１４は、配管用のカラーアンカの端面図である。 図１３および１４は、配管用のカラーアンカの端面図である。 図１５−１７は、係留システムアンカの概略図である。 図１５−１７は、係留システムアンカの概略図である。 図１５−１７は、係留システムアンカの概略図である。 図１８および１９は、それぞれ、ＯＴＥＣプラントの斜視図ならびに関連電力ケーブル係留システムの側面図である。 図１８および１９は、それぞれ、ＯＴＥＣプラントの斜視図ならびに関連電力ケーブル係留システムの側面図である。 図２０Ａ−２０Ｃは、バージ搭載ＯＴＥＣプラント上の熱交換器のためのアクセス手順を図示する。 図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ、冷水パイプ接続の部分切断図ならびに側面図である。 図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ、冷水パイプ接続の部分切断図ならびに側面図である。 図２２は、冷水パイプ取り入れおよび戻しマニホールドの斜視図である。 図２３Ａ−２３Ｄは、バージ搭載ＯＴＥＣプラントを図示する。 図２３Ａ−２３Ｄは、バージ搭載ＯＴＥＣプラントを図示する。 図２３Ａ−２３Ｄは、バージ搭載ＯＴＥＣプラントを図示する。 図２３Ａ−２３Ｄは、バージ搭載ＯＴＥＣプラントを図示する。 図２４Ａおよび２４Ｂは、接合部を図示する。 図２５は、バージと底部に築かれたマニホールドとの間に延びるライザを図示する。

種々の図面中の類似参照記号は、類似要素を示す。

コンパクトなＯＴＥＣプラントが、島または海岸線の設備にサービス提供するように、船、例えば、バージ（ｂａｒｇｅ）の上に設置されることができる。船搭載ＯＴＥＣプラントは、費用効率的な発電を提供することができる。そのようなＯＴＥＣプラントはまた、バッテリ貯蔵システム、すなわち、電力系統を安定させて持続し、電力系統の周波数および電圧変動中、ライドスルーおよびランプアップ能力を提供することに役立つ補助サービスを提供することもできる。船搭載ＯＴＥＣプラントは、通常の気象および海洋条件で動作し、ハリケーン条件（例えば、最大でカテゴリ３）に耐え抜くことができる。係留システム、配管システム、および伝送線は、局所環境と連動し、それに対して殆ど影響を及ぼさないように構成されることができる。

船搭載ＯＴＥＣプラントのためのインフラストラクチャは、１００〜３００フィートの水中で船搭載ＯＴＥＣプラントのための係留場所を提供するように構成される。具体的な場所の海底プロファイルが、システムの正確な幾何学形状および配列を決定する。典型的には、この深度において、係留場所は、海岸の１マイル以内にあるが、存在するときに、船が陸上の観察者にとって視覚的に邪魔にならないほど沖に向かって十分に遠い。この深度範囲および海岸からの距離は、実地調査、初期プラント設定、保守、および定期的な乗員ローテーションのために容易なアクセス可能性を提供する。沖合工業潜水作業員は、アンカを係留し、海岸まで海底電力ケーブルを敷設し、大直径パイプを接続するために、日常的にこの深度で作業している。従って、ハリケーン等の激しい嵐に続く運用の回復および復旧は、時間ならびに費用に関して合理的に達成可能なものである。本設計は、必須パイプラインへのプラットフォーム接続の長期存続可能性と、厳しい気象条件のための制御された運用計画に基づく短期間運転停止を伴う略連続的長期運用とに対処することによって、長期（例えば、２５＋年）商業運用性を提供する。低応力の長い海中パイプラインに対してより安価なＨＤＰＥパイプを使用し、マニホールドからプラットフォームまでの短い距離に対してより高価な可撓性配管を使用することによって、マニホールド解決策も、プロジェクト費用を削減する。

システム特徴が、バージ搭載ＯＴＥＣプラントを含む実施例に関して議論される。しかしながら、説明される特徴の多くを組み込むＯＴＥＣプラントはまた、例えば、小型半潜水型海洋掘削装置、潜水艇、スパー、および多脚スパー等の他の船上に搭載されることもできる。

図１Ａ、１Ｂ、および２を参照すると、例示的船搭載ＯＴＥＣプラント１００は、可動性構成要素と、固定インフラストラクチャとを含む。可動性構成要素は、例えば、バージ１１０と、バージ１１０上に搭載された蒸発器１１２および復水器１１４とを含む。固定インフラストラクチャは、例えば、係留索１１６と、係留ブイ１１８と、係留システムアンカ１１９と、電力ケーブル１２０とを含む。以下の開示は、関連固定インフラストラクチャに取り付けられた可動性構成要素を伴うＯＴＥＣプラント１００を説明する。しかしながら、ＯＴＥＣプラント１００の可動性構成要素は、固定インフラストラクチャから切り離し可能である。これは、ＯＴＥＣプラントの可動性構成要素が、例えば、入港中に保守を行うか、または厳しい気象条件から避難するように、係留場所から移動させられることを可能にする。

バージ１１０は、約８〜２０フィートの可変喫水を伴って、長さ約３００フィート、幅９０フィートである。水線の上方の高さは、約２３〜３５フィートである。図１Ａ、１Ｂ、および２で図示されるＯＴＥＣプラント１１０では、蒸発器１１２、復水器１１４、および他の関連設備は、バージの修正を伴わずにバージの甲板上に設備を単純に搭載して設置される。沿岸設置に関して、バージ１１０は、視覚特徴を低減させるように、海の青色および白色で塗装されることができる。他のタイプおよびサイズの船ならびに他の塗装方式も使用されることができる。

バージ１１０は、激しい嵐の中の存続可能性を増加させるために、ならびに設備および人員のための空間を提供するために、そのプラントサイズに関して特大である。カリブ海における風速が、通常、２５ノットを下回ったままであり、波の作用が比較的低いため、バージは、通常条件での運用のための安定したプラットフォームを提供するであろう。類似条件が、北緯２０から南緯２０の間で世界中に広がっており、いくつかの地域は、ハリケーンよりも津波の影響を受けやすい。バージ設計は、断崖を超えて上昇すると圧力波が蓄積する場所の近くに係留されるであろうため、軽度の津波に耐え抜くことが可能であると予測され、係留索は、２０〜２２フィート上昇することができる。

並外れた嵐およびハリケーンの間、バージ運動は、設備の０．２ｇ加速動作限界を超え、プラントを運転停止させ得る。ある場合には、衝撃マウントが、この限界を増加させて０．２ｇまたはそれより高くなるように、船設計に含まれることができる。

ＯＴＥＣプラントは、人員がハリケーンの間に陸上に移動させられるときを除いて、常に有人であろう。バージベースのプラントは、殆どのハリケーンシナリオの間、現場にとどまることができる。しかしながら、係留およびパイプ取り付け構成は、非常に激しいハリケーンに先立って、必要と見なされる場合、バージが切り離されて安全な港まで曳航され、次いで、嵐が通過した後に現場に戻されることを可能にする。

蒸発器１１２および復水器１１４は、例えば、２０１３年１０月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６５００４号、２０１２年８月１５日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０９４１号、および２０１２年８月１５日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０９３３号（別紙として本明細書に添付される）で説明される熱交換板、熱交換キャビネット、および熱交換システムを使用して実装されることができる。これらのシステムと対照的に、ＯＴＥＣプラント１００内の蒸発器１１２および復水器１１４は、垂直流ではなく、水平流のために向けられる。例示的ＯＴＥＣプラント１００は、２０１１年１月２１日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２１１５号（別紙として本明細書に添付される）および２０１３年１１月７日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６８８９４号で説明されるような４段階ハイブリッド熱交換サイクルを収納する。他の熱交換サイクルおよびプラント構成もまた、底部に築かれたＯＴＥＣプラントで使用されることができる。

蒸発器１１２は、温水入口配管１２４から温海水を受け取り、水を温水排出配管１２６に排出する。復水器１１４は、冷水入口配管１２８から冷却水を受け取り、使用された冷却水を冷水排出配管１３０に排出する。図１Ａ、１Ｂ、および２で図示されるバージ搭載ＯＴＥＣプラント１００では、温水入口配管１２４、温水排出配管１２６、冷水入口配管１２８、および冷水排出配管１３０は、バージ１１０の側面に搭載された継手１３２に取り付けられる。取水および排出配管１２４、１２６、１２８、１３０は、以下でさらに詳細に説明される。

船搭載ＯＴＥＣプラントは、２．５〜１０メガワットの電気を生成すると予測される。電力ケーブル１２０は、生成された電気を陸上配電網と結び付いた陸上相互接続設備に移送する。例示的ＯＴＥＣプラント１００用の電力ケーブル１２０は、バージ１１０から相互接続施設（図示せず）まで走るであろう、６９キロボルト３相海底電力ケーブルである。いくつかの市場では、ＯＴＥＣプラントは、３４．５ｋＶ ３相海底電力ケーブルを介して、電力を海岸に移送し得る。

相互接続施設は、激しい嵐の間の洪水および／または波損傷の可能性を低減させるように、海岸線から後退させられる。電力ケーブル１２０および海岸付近の環境を両方とも保護するために、電力ケーブル１２０は、海辺および海岸付近の岩礁の下に延びる、相互接続施設から穿孔された８インチ〜１０インチ直径孔を走り抜ける導管の中に設置されることができる。例示的ＯＴＥＣプラント１００では、孔および導管は、海面の約５０フィート（またはそれを上回る）下方にあろう、掘削孔の脱出点１３４（図１Ｂ参照）まで約１０００フィート（例えば、最大で１６００フィート）の総距離にわたって延びる。脱出点１３４の海の方へ、電力ケーブル１２０は、海底上に敷設され、捨石またはシーマットで軽く覆われることができる。代替として、電力ケーブル１２０は、海底上に敷設され、海岸線からそれがバージ１１０に向かって上昇するように海底から持ち上がる場所まで、捨石またはシーマットで軽く覆われることができる。

岩礁は、海岸へ向かう電力ケーブルのための岩礁の下の傾斜掘削の距離を最小化するために、選択された場所において可能な限り狭くあるべきである。場所は、住宅地から離れ、既存の送電網に近接しているべきである。

直径が約６インチの海底電力ケーブルが、浮遊カラーによって支持されたレイジーウェーブ（ｌａｚｙ ｗａｖｅ）カテナリの中でバージ１１０から海底まで走り、約８０フィートの深度において海底に触れ、海底に沿って導管の海洋端まで走るであろう。

図示したＯＴＥＣプラント１００は、単一のバージ１１０と、関連可動性設備およびインフラストラクチャとを有する。いくつかのシステムでは、単一の相互接続施設が、複数のバージ１１０と、関連可動性設備およびインフラストラクチャとに接続され、それらを制御する。

バッテリエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）が、相互接続施設に設置されることができる。ＢＥＳＳは、地元の建築基準法および適正工学規範に従って、激しい嵐に対して耐風雨性であり、上昇させられ、固定されるであろう。いくつかの設置では、バッテリエネルギー貯蔵システムが、船上に設置される。

図３−７を参照すると、いくつかの船搭載ＯＴＥＣプラント１００は、ムーンプール１３６を有する船（例えば、バージ１１０）を含み、ムーンプール１３６は、海水取り入れおよび戻し配管１２４、１２６、１２８、１３０は、ムーンプール１３６を通して蒸発器１１２および復水器１１４に接続する。ムーンプール１３６は、それから熱エネルギーが抽出される表面温水の保護された源を提供す。船の中心にムーンプール１３６を位置付けることは、パイプ接続へのロール、ピッチ、およびヨー運動の規模を最小化し、これらの接続への波打ちの影響も低減させる。ムーンプール１３６は、表面破片から温水取り入れを保護し、網掛けの必要性を低減させる。冷水取り入れ配管入口は、ムーンプール１３６の壁を安全に貫通することができ、水線の下方にあり得、ヘッド圧およびポンプ能力要件を低減させる。

海水取り入れおよび戻し配管１２４、１２６、１２８、１３０は、主甲板の下を走り、日常的運用および保守のために主甲板を空けておく。冷水取り入れ配管１２８は、冷水ポンプ１３８に至り、冷水ポンプ１３８は、主甲板上で上方に位置する復水器１１４の入口に排出する。配管１４０は、いずれの冷水ポンプ１３８も、いずれか一方または両方の復水器１１４に送給するために使用されることができるように、復水器１１４の間に冷水相互接続を提供する（図４参照）。

海水取り入れおよび戻し配管１２４、１２６、１２８、１３０は、主甲板の下で走り、日常的運用および保守のために主甲板を空けておく。冷水取り入れ配管１２８は、冷水ポンプ１３８に至り、冷水ポンプ１３８は、主甲板上で上方に位置する復水器１１４の入口に排出する。配管１４０は、いずれの冷水ポンプ１３８も、いずれか一方または両方の復水器１１４に送給するために使用されることができるように、復水器１１４の間に冷水相互接続を提供する（図４参照）。代替として、図示した冷水ポンプ１３８の代わりに、ムーンプール１３６の上方の枠組からムーンプール１３６の中へ直接下げられる、一対の高効率垂直タービンポンプが使用されることができる。冷水排出配管１３０は、以下でさらに詳細に説明されるように、バージ１１０から下向きに通じる。

温水入口配管は、ムーンプール１３６と、主甲板上で上方に位置する蒸発器１１２の入口に排出する温水ポンプ１４２との間に水圧接続を提供する。配管１４４は、温水ポンプ１４２がいずれか一方または両方の蒸発器１１２に送給するために使用されることができるように、蒸発器１１２の間に温水相互接続を提供する（図４参照）。代替として、図示した温水ポンプ１４２の代わりに、それの上方の枠組からムーンプール１３６の中へ直接下げられる、一対の高効率垂直タービンポンプが使用されることができる。温水排出配管１２６は、以下でさらに詳細に説明されるように、バージ１１０から下向きに至る。

海水取り入れおよび戻し配管１２４、１２６、１２８、１３０は、仮説的５メガワットバージ搭載ＯＴＥＣプラントのためにサイズ決定されている。この仮説的プラントは、バージ内に７２〜９６インチ直径一次配管を含むが、海（またはマニホールド）に、およびそこから通じる４８〜５４インチ直径パイプを含む（図５参照）。大直径パイプは、図６で図示されるように、より小さい直径のパイプに、およびそこから流れ込むことができる。それらの低減されたサイズ要件が標準既製ポリエチレンパイプサイズの範囲内に入るので、複数のパイプが有利である。代替として、排出配管は、図７で図示されるように、単一の大型パイプ１４６に組み込まれることができる。

仮説的５メガワットバージ搭載ＯＴＥＣプラントでは、熱交換器（蒸発器１１２および復水器１１４）は、冷水および温水チャンバの中に設置される。各チャンバは、供給ポンプ１４２／１３８と、市販の既製７２インチ直径ポリプロピレンパイプを使用する排出とを有する。動力タービン、アンモニアポンプ、および電気歯車が、水チャンバの上方の甲板上に位置し、嵐の条件中に起こり得る海水の打ち寄せからそれらを保護するように、水面の約１８フィート上方にそれらを配置する。温水および冷水供給ラインの両方とも、冗長性のため、および保守が行われている間に途切れない運用を促進するように、上記で説明されるように相互接続される。インラインフィルタが、温水取り入れラインの中に設置されることができるが、冷水取り入れのために必要とは考えられない。

図８および９を参照すると、船搭載ＯＴＥＣプラント１００は、底部搭載マニホールド１４６、１４８を使用するように構成され、底部搭載マニホールドは、船１１０へ流動する冷水、船１１０から排出される温水および冷水、ならびに空調用の海水を提供するために船１１０から陸上に移送される冷水を分配する。このＯＴＥＣプラント１００は、図１に関して上記で議論される実質的に同一の係留構成を使用する。

図８および９で図示されるＯＴＥＣプラント１００は、図３および４に関して上記で議論されるものと実質的に同一のバージレイアウトを有する。上記で議論されるように、バージへのパイプ接続に及ぼされる応力は、船１１０の中心のムーンプールから取水および排出配管を走らせることによって低減させられる。温水排出配管、冷水取り入れ配管、および冷水戻し配管は、船１１０から船の下の海底上のコンクリートＯＴＥＣマニホールド１４６まで走る、複数のより小さい直径のより多くのライザパイプ１５０（例えば、可撓性ライザパイプ）によって提供される。大直径冷水パイプ１５２ならびに別個の温水および冷水戻しパイプ１５４もまた、ＯＴＥＣマニホールド１４６に取り付けられる。

冷水および温水戻しパイプ１５４は両方とも、平行して海底に沿ってマニホールドから、例えば、４００〜５００フィートの深度まで、下向きに走る。冷水戻しパイプおよび温水戻しパイプの排出端は、並んで結合され、流動が混合し、表面海水の熱／養分汚染または海底の浸食のいずれかの可能性を低減させるように、海底から離れて上方にノズルおよび／またはルーバを付けられることができる。冷水および温水戻しパイプ１５４は、互いおよび海底に対するそれらの位置を維持するように固定される。２０１２年１０月に公開され、オンラインで入手可能である、「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｏｃｅａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｌａｎｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅｉｒ Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｗａｔｅｒｓ」と題された米国エネルギー省のためのＭａｋａｉ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇによるプルーム研究は、戻り水の流動を混合することが有益であり得ることを示す。

より小さい直径のライザが、パイプと船との間の力および運動を分断する衝撃吸収材の役割を果たすレイジーウェーブ（ｌａｚｙ ｗａｖｅ）様式で、海底搭載マニホールドまで延びるように、重みづけカラーまたはいくつかの重みづけカラー１５６が、これらのより小さい直径のライザパイプに取り付けられる。各配管システムにおける複数のライザパイプ１５０はまた、動作信頼性および融通性を増加させる冗長性も提供する。ライザパイプ１５０は、高密度ポリプロピレン（ＨＤＰＥ）で作製されることができ、必要直径で市販されている。

ＯＴＥＣプラント１００のための冷水パイプ１５２は、海底に沿ってＯＴＥＣマニホールド１４６から、水温が常に華氏約４０度である場所の深度（例えば、グランドケイマン島の北海岸上で約３，８００フィート）まで走り、９６インチ内径を有する。冷水パイプ１５２の取り入れ端１５８（図９参照）は、毎秒０．５フィートの平均入口速度を有することによって、任意の大型海洋動物の取り込みを防止するように修正される（例えば、網掛けされる）。冷水パイプ１５２は、２０１３年１０月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６５０９８号で説明されるように形成されることができる。しかしながら、マニホールド１４６は、定位置に固定され、冷水パイプ１５２は、海底上に配置され、随意に、捨石で覆われる。冷水パイプ１５２が底部に築かれた構造への接続において応力を殆どまたは全く受けないため、最大で１００年の耐用年数を伴うパイプ材料のためのより低費用のＨＤＰＥが使用されることができる。そのようなパイプは、現在市販されている。

図示したＯＴＥＣプラント１００では、システムによって排出されている温水および冷水は、束ねられた温水／冷水戻しパイプ１５４の出口において混合させられる。この混合は、温水排出に存在する栄養を希釈し、温度を下げる。束ねられた温水／冷水戻しパイプ１５４は、海底上のＯＴＥＣマニホールド１４６から透光層の底部付近の深度（例えば、約４００〜６００フィートの深度）まで下向きに走る。本アプローチは、比較的浅い水中で船１１０から真っ直ぐ下に別個の温水排出を向けることによって引き起こされ得る、濁りおよび海底浸食問題を回避する。

溶解酸素が最大であり、遠海魚が群れを成す傾向がある深度は、海洋中の混合層と称される。ハワイ大学の自律水中データ収集デバイスＳｅａＧｌｉｄｅｒ １およびＳｅａＧｌｉｄｅｒ ２を使用して、何ヶ月にもわたって収集されたデータは、混合層が深さ１３０〜１６０メートルにあることを明らかにする。３，７００フィートまたはそれより深くから送出される栄養豊富な冷水は、水が周辺海水中で完全に同化させられるまでかなり迅速に降下する傾向がある表面海水よりも高密度である。ＯＴＥＣプロセスでは、水温は、華氏約１０度上昇させられるであろうが、いかなる化学変化もないであろう。表面温水は、それが進入したよりも華氏約１０度冷たくＯＴＥＣシステムから退出するであろう。これは、それが上昇して表面水を汚染せず、それによって、発電所出力能力に影響を及ぼさないであろうことを保証する深度において海洋に戻される必要がある。混合層の数メートル上方の同一の深度において冷深海水および温表面海水を戻すことによって、ＯＴＥＣプラントは、ａ）復水器戻し水が蒸発器戻し水と混合してそれを冷却するように出力を混合し、ｂ）復水器戻し水中の栄養が蒸発器戻し水によって希釈され、ｃ）より高密度の混合戻し水が周辺海水に同化するにつれてより迅速に降下する傾向があろうことによって、自然に対するバランスを迅速に回復させるように稼働する。本同化は、希釈されている栄養が、遠海魚のための食物の産生を増進すると予期され、それによって、隣接領域中のそれらの数を増加させる、混合層の中で起こるであろう。

束ねられた温水／冷水戻しパイプ１５４の排出端１６０は、海底から離れて上向きに指向され、ノズルまたは拡散器を含むことができる。本アプローチは、海底と平行に排出するように海底上に戻しパイプを敷設することによって引き起こされ得る、濁りおよび海底浸食問題を回避することができる。いくつかのＯＴＥＣプラント１００は、別個の冷水および温水戻しパイプ１５４ではなく、複合温水／冷水戻しパイプを用いて実装される。

類似アプローチが、海水空調（ＳＷＡＣ）のために陸上で使用されるＯＴＥＣプラント１００からの復水器流出を提供するために使用される。ＳＷＡＣマニホールド１４８は、約２４〜５０フィートの水中で船１１０と海岸線との間に位置付けられる。復水器流出ライン１６２は、ＯＴＥＣプラント１００によって産生される復水器流出の一部をＳＷＡＣシーチェストマニホールド１４８に経路指定する。パイプまたは複数のパイプが、ＳＷＡＣシーチェストマニホールド１４８から陸上に位置するパイプマニホールドまで延びる。ＯＴＥＣプラント上にあり、陸上のマニホールドから制御信号を受信する可変周波数駆動によって給電されるブースタポンプが、マニホールドにおいて一定の送達圧力を維持する。

約２４〜３０フィートの水中で船１１０からＳＷＡＣマニホールド１４８まで延びる、単一の２０インチ内径ＨＤＰＥパイプ１６２を含む仮説的ＳＷＡＣシステムが設計された。２本の１２インチ内径ＨＤＰＥパイプ１６６が、ＳＷＡＣマニホールド１４８から陸上で地面に据え付けられたコンクリート製排出貯水槽１６４まで延びる。２本の１２インチ内径ＨＤＰＥパイプ１６６は、海辺の下で水平方向掘削によって作製された掘削孔の中を通過する。貯水槽１６４と共同設置されたポンプは、水をＳＷＡＣマニホールド１４８から貯水槽１６４に移送する。さらなるポンプおよび配管が、冷水を冷却されている施設に移送するために使用される。

プラットフォームは、比較的浅い１５０〜３００フィートの水中で係留されるであろう（数千フィートもの水中での係留は、現在、日常的と見なされている）。標準８点係留が、採用されるであろう。各係留索が、取り付けおよび切り離しの容易性のために孤立ブイに取り付けられる。代替として、各係留索は、ＯＴＥＣプラントの甲板上に搭載される定張力係留ウィンチに取り付けられる。係留アンカは、海底組成および定置費用に応じて、重力、埋め込み、または掘削型である可能性が高いであろう。全てのオプションが、業界では良く理解されている。海底組成は、コアサンプルを含む現場調査を通して決定されるであろう。

図１０を参照すると、船１１０は、外部資産を用いることなくバージが係留／抜錨されることができるように設置された小型ナックルブームクレーン１６８を有する。末端係留インターフェースは、単純な甲板搭載チェーンプレートを介する。これらの船上クレーンはまた、通常運用中の一般貨物取り扱いおよび移送において役立つはずである。

図１１を参照すると、係留システムは、激しい嵐または津波に関連付けられる高潮を補償するために必要であり得るように、変化する海水面に動的に適応する。高潮は、風、潮、および圧力効果の組み合わせによって生成される海水面の上昇である。ハリケーンについて典型的に報告されるように、高潮は、通常、追加表面波を含む。２０フィートの高潮は、海水面の２０フィート上方にある広大な土地を沈没させるであろう。高潮は、オープンな水の波と異なる影響を固定係留索具に及ぼす。係留索具は、テンションバーブイの作用によって係留されたバージの垂直運動に適応するように設計されることができる。この適応は、係留装置にわずかな追加の負荷をかけるが、高潮は、風、波、および海流のようにバージへの水平負荷を生成しない。高潮が到達すると、バージ１１０は、その初期位置から比較的高い位置（例えば、バージ１１０’）まで持ち上がる。係留ブイ１１８も、比較的高い位置（例えば、ブイ１１８’）まで持ち上がる。係留ブイ１１８は、バージ（１１０＞１１０’）の持ち上がりが係留索からたるみを取ると、回転して部分的に沈没させられる。係留ブイの回転および沈没は、高潮の負荷を低減させる衝撃吸収材としての係留脚の効果的な長さを増加させるように作用する。

図１２は、バージ搭載ＯＴＥＣプラントのための係留システムおよび冷水パイプ構成の斜視図である。係留および水パイプシステムのこの具体的インターフェースは、ケープエリューセラから離れた沿岸大陸棚上の提案された場所のために構成される。係留脚は、特定の海底地形と連動するために必要に応じて、極めて異なる長さおよび角度であり得る。冷水パイプ１５２は、１３０フィート毎に間隔を置かれた４０００ポンド水中重量の重力アンカ１７０を使用して、固定／係留される。必要質量を達成するために鋼鉄ボックスの中の砂鉄（比重＝５）を使用することによって、費用が削減される。冷水パイプが１フィートのパイプにつき１５ポンドでわずかに浮揚性であるため、重みづけカラー１７２が示されるカテナリ曲線を達成するために利用される。重みづけカラーは、例えば、コンクリートアンカ１７２’（図１３参照）または加工鋼鉄重力アンカ１７２’’（図１４参照）であり得る。

図１５−１７は、係留システムアンカ１１９’、１１９’’、１１９’’’の概略図である。アンカは、例えば、泥岩またはサンゴの中に配置された場合に、より確実であろう。泥岩は、性質が砂岩に類似し、サンゴは、性質が石灰岩に類似する。両方の基質は、適切に設計された埋め込みアンカのために非常に好適である。

アンカ１１９は、アンカを打ち込むために、例えば、爆薬埋め込み方法、海底に位置する油圧杭打ち機デバイス、および／または重い回収可能な魚雷重しを伴う重力ドライバシステムを使用して設置されることができる。数百トン容量の小型バージ搭載クレーンが、沿岸および海上作業で広く使用されており、アンカ１１９を設置するために容易に利用可能である。いくつかのバージクレーンは、単純に、バージ上に設置された陸上ベースのクローラクレーンを使用する。１００トンクレーンもまた、一時的または恒久的にバージ１１０上に設置され、運用上の貨物移送のために使用されることができる。

図１８および１９は、それぞれ、バージ搭載ＯＴＥＣプラント１００の斜視図および関連電力ケーブル係留システムの側面図である。例示的電力ケーブル係留は、浮力カラー１７２を含む、ブイで支持されたレイジーウェーブ設計である。いくつかの浮力カラーは、仮想ブイ１７６を形成するために、一緒にまとめられることができる。典型的な現場に対して、海岸まで走る電力ケーブルは、比較的浅い水中にあり、電力ケーブル１２０は、典型的には、ロックカバーによって保護および固定されるであろう。サンゴ礁または海岸を通した経路指定は、傾斜掘削されたトンネルを介するであろう。バージ１１０は、テンションバーブイ１１８まで走る６本のチェーン脚を有する。これらのブイ１１８は、係留脚におけるいくらかの負荷減衰を提供し、さらに、バージが断絶された場合に定位置に係留システムを維持する。係留脚は、負荷要求を満たすために必要に応じて、１本の脚につき４本または３本のいずれかである、複数の２インチ直径ポリプロピレン（ＰＥ）ラインを継続する。ＰＥ係留索の各々は、図１５−１７に関して上記で説明されるように、単一の定位置埋め込みアンカで終結する。

図２０Ａ−２０Ｃを参照すると、チャンバが正圧であり、構造がふさわしく強いので、プラントシステムは、ＨＸチャンバの上甲板上で容易に支持される。熱交換器板は、８４枚の板のモジュール１７８として組み立てられる。これらのモジュールは、小型フォークリフトによって容易に取り扱われる。モジュールは、水チャンバ１８２（例えば、蒸発器１１２／復水器１１４）の中および外にスライドするラック１８０の中に設置され、熱交換モジュールへのアクセスを提供する。熱交換システムの全ての管理は、従来の資材取り扱い設備を使用してバージの甲板から達成される。

熱交換モジュールは、点検、修理、または交換のためにラックから除去されることができる。水チャンバの単純な性質は、ハッチを設置する前に、全てのモジュール間配管がチャンバの内側で達成されることを可能にする。したがって、ハッチは、アンモニア配管のための貫通継手を必要としない。

図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ、冷水パイプ接続弁１８４（浚渫業のために加工されたＤｒｅｄｇｅ Ｙａｒｄ ４８インチ内径迅速接続ボール弁）の部分切り取り図および側面図である。４８インチ直径は、ポンプ入口直径に合致し、６３インチパイプ内径またはそれより大きい内径まで適合される。いくつかのシステム、例えば、海底設置マニホールドを含まないシステムでは、冷水パイプは、冷水パイプ接続弁１８４としての限定運動玉継手を用いて、バージポンプに接続されることができる。本継手は、主に、短期間の小振幅ロールおよびピッチ運動から冷水パイプを絶縁するためである。サージ、スウェイおよびヒーブのより大きく遅い運動は、可撓性の高密度ポリプロピレン（ＨＤＰＥ）冷水パイプのループにおいて吸収される。

海底マニホールドを伴うシステムでは、小直径水パイプは、市販の既製玉継手を用いてバージポンプおよび排出に接続するであろう。この継手は、主に、短期間のバージの小振幅ロールおよびピッチ運動からパイプを絶縁するものである。サージ、スウェイおよびヒーブのより大きく遅い運動は、バージとパイプブイとの間に位置する可撓性ＰＥパイプのループにおいて吸収される。

図２２は、冷水パイプ取り入れおよび戻しマニホールド１４６の斜視図である。マニホールド１４６は、Ｏリングおよび保持器ブロックを含む。パイプの端部は、Ｏリングおよび保持器ブロックを装備され、次いで、ブロックは、レセプタクルの外側にボルトで留められ、マニホールドの中に密閉される。

図２３Ａ−２３Ｄは、長さ２０６フィート、幅１３９フィート、および高さ２８フィートであるバージ１１０を図示する。バージ１１０は、蒸発器１１２と復水器１１４との間に位置するムーンプール１３６を含む。甲板上の主要設備は、熱交換器システムである。ＨＸアレイは、ラックの中で支持され、水チャンバに封入され、水チャンバは、カートリッジ内に含まれるアンモニア作業流体のガス化および凝縮を達成するために、相互接続されたＨＸカートリッジにわたる温水および冷水流を可能にする。甲板設備はまた、アンモニア貯蔵タンク、居住モジュール、および貨物取り扱い装置も含む。

本実施形態では、蒸発器１１２および復水器１１４は、バージ１１０の隅に位置し、発電機およびタービン等の可動機械部品を伴うシステムは、バージ１１０の中心に向かって位置する。図２３Ｂは、そのようなシステムの場所を図示する。プラント機械は、船体中央部のポートおよびムーンプールの右舷に位置する。これらの空間は、４つのタービン、アンモニアポンプ、ならびに発電システムを備えている関連制御および切り替え装置を含む。人員用階段吹き抜けおよびガントリクレーンハッチに加えて、機械空間はまた、貨物用エレベータを施設されるであろう。機械は、運動による加速が最小である船の中心に可能な限り近く位置する。縮尺モデル試験は、最悪の嵐の条件でさえもこれらの加速が０．２ｇ未満であることを示す。この構成は、バージ１１０がピッチおよび／またはロールすると最高加速を受けるバージ１１０の部分の上に可動部品を殆どまたは全く伴わずに、高質量構成要素を配置する。

熱交換器カートリッジは、水チャンバの中および外にスライドするラックの中にそれら自体が設置されるアレイにおいて相互接続される。アンモニア配管は、チャンバ側面ハッチが設置される前にチャンバの内側で接続され、甲板の下方の発電所システムまで送給する。ＨＸアレイは、個々のアレイが補修または交換されるチャンバの外にラックをスライドさせることによって補修される。甲板配列は、冷水チャンバおよび温水チャンバが保守甲板領域を共有し、全体的なプラットフォームサイズを最小化することを可能にする。ＨＸアレイラックは、取り外し可能な閉鎖ハッチを通して水チャンバの外にスライドさせられる。次いで、ハウジングコクーンの中に恒久的に設置された８４個の熱交換器カートリッジを備えている、ＨＸアレイが個々に除去されることができる。

ムーンプールは、プラットフォームと、冷水および温水の供給および戻しパイプとの間の接続点としての機能を果たす。ムーンプールの使用は、この重要接続が最小プラットフォーム運動の点に位置し、波の衝撃および衝突から保護されることを可能にする。これはまた、走っている配管が係留システムチェーンから十分離れることも可能にする。ムーンプールを覆う有機ガントリクレーンの組み込みは、水配管および海水ポンプシステムの設置および保守に役立つ。ガントリクレーンはまた、機械空間の上に位置する２つの大型甲板ハッチのために働き、機械および供給品がプラットフォーム甲板から甲板の下方の空間まで移動させられることを可能にする。クレーンは、プラットフォーム甲板から突き出て、便宜の供給ボートから一般貨物を荷降ろしする能力を有する。

プラットフォーム周辺舷墻は、嵐の条件中に波しぶきから甲板を保護すること、さらに、プラットフォーム外の個人の視野から甲板機械および活動を遮蔽し、美観的視覚特徴を提供することを意図している。舷墻は、係留チェーンを設置するために隅に取り外し可能パネルを有する。舷墻は、貨物が供給ボートからバージ１１０に容易に移送されることができるように、船体中央部にスライドハッチを組み込む。舷墻は、それらの甲板接続において排水間隙を有する。

係留チェーンは、カンブイまでではなく、バージ１１０の底の隅から下向きに延びる。１／３５縮尺モデルを使用する試験は、この構成が、例えば、島の風下側等の低波環境で使用されることができることを示す。カンブイ係留構成は、追加の可撓性を提供し、例えば、島の風上側等のより波が高い環境で必要とされ得る。

図２３Ｃは、ポンプおよび配管の配列を図示する。冷海水および温海水垂直軸ポンプは、乾燥チャンバの中に位置し、乾燥チャンバは、水中配管および取り入れ口への接続を有するムーンプール壁から外に延びている。空間が、海水サービスにおける冗長性を可能にするであろう、ポンプ隔離弁およびマニホールドのために割り付けられている。鋼鉄分配配管が、甲板の下方に走り、ＨＸチャンバの端部に位置する水分配プレナムの中へ直接送り込まれる。戻し配管は、ＨＸチャンバの端部に位置する水戻しプレナムから直接送給される。配管製造業者は、設置のために必要に応じて区画が溶接された配管の曲がり角を供給することができる。

図２３Ｄは、冷水および温水外部配管を図示する。外部供給および戻しパイプは、ムーンプール壁における溶接継手を通して、内部ポンプならびにパイプに接続される。次いで、可撓性の強力吸引浚渫ホースが、ムーンプールの直下に位置する海底マニホールドに接続する。コンクリート製マニホールドは、可撓性ホースを大型の海底で支持された８４インチの直径冷水供給ならびに冷水および温水戻しパイプに合併させる。海底パイプは、二重壁螺旋リブ型ＨＤＰＥであり得る。

図８および９で図示されるように、レイジーウェーブにおいてＯＴＥＣマニホールド１４６からバージ１１０まで上昇するのではなく、各ライザパイプ１５０は、ループを形成する２つの区分に分離される。２つの区分は、本システムのために開発された張力／剪断／捻じり（ＴＳＴ）抑制可撓性接合部１８６によって接合される。これらの接合部の実施形態は、図２４Ａおよび２４Ｂに関して以下でさらに詳細に議論される。この配管構成は、固定海底マニホールドに対するプラットフォーム運動に適応する。９９パーセンタイル運用気象中のプラットフォーム運動は、サージ／スウェイ／ヒーブにおいて約数フィート、ロール／ピッチ／ヨーにおいて１０分の１度であると予期される。係留チェーンシステムの事前引張は、全ての気象条件中にプラットフォーム運動を有意に改善する。ハリケーン条件中に予期される最大のサージおよびスウェイ運動は、１５フィートであり、最大のヒーブは、１０フィートである。可撓性接続システムは、配管および配管接続に必要以上の負荷をかけることなく、これらの運動に適応しなければならない。配管支持プラットフォームは、負荷が、プラットフォームに接続する垂直鋼鉄パイプによってではなく、ケーブルおよび構造によって引き受けられるように、プラットフォームに張り綱で固定される。

図２４Ａおよび２４Ｂは、それぞれ、張力および捻じりを制限する、ＴＳＴ抑制可撓性接合部１８６を示す。本実施形態では、ＴＳＴ抑制可撓性接合部１８６は、海水を含むように、および圧縮において接合部負荷に抵抗するように、２つのフランジ１９０の間に可撓性ゴム要素１８８を含む。ゴム要素１８８は、張力、剪断、および捻じりにおいて接合部負荷に抵抗する可撓性チェーン１９２で形成されたメッシュによって包囲される。チェーンは、編み込まれ、フランジ１９０に螺入されたボルトによって取り付けられる。チェーンの数および配向は、接合部可撓性の方向および程度を制御することができる。ゴム要素１８８は、接合部用途に基づいて所望の形状で成形され、チェーンは、接合部可撓性の所望の方向に基づいて向けられる。

ＴＳＴ抑制可撓性接合部１８６は、バージ１１０をＯＴＥＣマニホールド１４６に取り付けるためのライザ構成を設計することにおいて有意な多様性を提供することができる。図２５は、別の例示的ライザ構成を示す。この現場では、海底が４５０フィート深度を超えて非常に急勾配で（殆ど垂直に）降下する。深さ３，８００フィートにおけるバージと冷水との間の距離は、いくつかの他の場所と比較して極めて短い。ライザパイプアセンブリは、ＴＳＴ抑制可撓性接合部１８６に接続された９０度のエルボによって関節動作させられる。ライザの数は、発電所出力のサイズに基づく流量のために必要とされるパイプの数に依存する。

本明細書に記述される全ての参考文献は、参照することによってそれらの全体として組み込まれる。

本発明のいくつかの実施形態が、説明されている。それでもなお、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正が行われ得ることが理解されるであろう。例えば、ＯＴＥＣプラントは、３つ以上の蒸発器もしくは復水器チャンバ、３つ以上の温水もしくは冷水ポンプ、２つ以上の取水および排出シーチェストマニホールド、もしくは２つ以上の冷水流出ＳＷＡＣシーチェストマニホールド、および陸上の２つ以上のパイプマニホールドへの３つ以上のパイプ、バージ上の係留ウィンチまで直接上昇してそれに取り付けられるか、または係留索がバージまで走りそれに取り付けられる前に係留カンまで上昇する係留索を伴うＯＴＥＣバージを有することができ、水平に対するＯＴＥＣプラントの輪郭が甲板搭載構造の画像によって交互配列されるように、全体的な甲板カバーを有さない。したがって、他の実施形態も以下の請求項の範囲内である。

Claims (1)

1. 明細書に記載された発明。